DE2608162C2 - Verfahren zum Behandeln von radioaktiven Gasen und Gassystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Oberschußluftmengen aus den Behältern in Richtung Kamin ausgetragenen radioaktiven Gasen verwendet wird, wobei die radioaktiven Gase aus den die Behälterkette verlassenden Überschußluftmengen in dem Speicher zurückgehalten und später aus dem Speicher in das in die Kette eingesaugte Spülgas entlassen werden.

Die Bewegungen der Flüssigkeitsmengen sind zwar weitgehend durch die Fahrweise des Kernkraftwerkes vorgegeben. Wie gefunden würde, läßt es sich jedoch praktisch immer ευ einrichten, daß die in die Behälterkette eingesaugte Spülgasmenge über die Zeit integral größer gehalten wird als die in Richtung Kamin abgegebenen Überschußluftmengsn.

In der Kette der Behälter werden die Gasvolumina, die in den Behältern über dem Flüssigkeitsspiegel ohnehin vorhanden sind, als Speicherräume benutzt, die vor dem Austreten der Gase in den Kamin eine Verzögerung bewirken und damit ein Abklingen der Radioaktivität ermöglichen. Dabei ist durch die Ordnung der Behälter nach dem Maß der Radioaktivität des jeweils vorhandenen Gases sichergestellt, daß hochradioaktive Gase bis zum Austritt in den Kamin die längste Zeit brauchen. Gleichzeitig sorgt der Anschluß des Vochradioaktiven Endes der Kette an ein Abgassystem, das ohnehin mit Filtern für radioaktive Gase, insbesondere Edelgase, versehen ist, dafür, daß eine ständige Spülung und damit eine Beeinflussung der Luftmengenbilanz durch Abgabe von Gasen, und zwar an das Abgassystem, möglich ist. Auch diese Abgabe führt, ohne daß besondere Mittel benötigt werden, zu keiner Belastung der Umwelt, weil in diesem Fall die im Rahmen des Abgassystems ohnehin vorgesehene Reinigung der Gase wirksam wird.

Das Filter am kaminseitigen Ende der Kette kann langlebige Radioaktivitätsträger, insbesondere Edelgase, aufnehmen und damit praktisch für eine »Nullabgabe« aus dem Bereich der belüfteten Behälter in den Kamin sorgen. Es kann als Absorptionsfilter, zum Beispiel in Form von feinkörnigem Kohlenstoff als sogenannte Aktivkohle ausgebildet sein, die in einem Speicherbehälter uiitergebracht ist. Wesentlich ist, daß die als Edelgasspeicher wirkende Einrichtung zur Zurückhaltung langlebiger Radioaktivitätsträger geeignet ist.

Das Spülgas aus einer am kaminseitigen Ende der Kette angeschlossenen Spülgasleitung, das die zu einer Kette verbundenen Gasvolumina der Behälter langsam in Richtung vom Kamin zum Abgassystjm durchströmt, um den Radioaktivitätsspiegel insgesamt niedrig zu halten, kann zum Beispiel aus dem Abgassystem stammendes gereinigtes und getrocknetes Abgas sein, wie an sich bekannt ist. Man kann abe/ auch Frischluft dazu verwenden, die ebenfalls getrocknet werden kann.

Ein besonders günstiges Gassysteni zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung erhält man, wenn die Spülgasleitung zwischen dem vorstehend erwähnten Filter und dem Kamin an die Kette angeschlossen ist. Mit dem Spülgas kann hier nämlich im Normalbetrieb das Filter von radioaktiven Bestandteilen gereinigt werden, die in vorhergehenden Betriebsphasen beim Austreten von Gas aus der Kette in den Kamin angelagert worden sind. Diese radioaktiven Produkte werden dann vom Spülgas gegebenenfalls bis zum Abgassystem zurückgeführt. Im gleichen Sinne wie das Spülgas wirkt auch Luft, die beim Entleeren eines oder mehrerer Behälter in die Behälterkette eingezogen wird.

Das Spülgas kann der Kette über eine Trocknungseinrichtung zugeführt werck-n, um das Einschleppen von Feuchtigkeit in die Behälter der Kette zu verhindern. Hier ist es günstig, wenn die Trocknungseinrichtung als Kühlfalle ausgebildet ist, die mit einer Kühleinrichtung für das Filter baulich zusammengefaßt ist. Mit derart gekühlten Filtern lassen sich bei gegebenem Volumen besonders große Absorptionsraten erzielen.

Der Druck in der Kette der Behälter kann kleiner als Atmosphärendruck sein, weil man dadurch ein Austreten von radioaktiven Gasen an Leckstellen vermeiden

ίο kann. Zu diesem Zweck genügt es in vielen Fällen, die Kette der Behälter an einen Unterdruck führenden Teil des Abgassystems anzuschließen. Hier kann noch eine Druckminderungseinrichtung vorgesehen sein, um einen Druckunterschied zwischen dem Abgassystem und der Behälterkette zu ermöglichen. Bezweckt wird damit, daß der Unterdruck in der Kette kleiner als der im Abgassystem ist, damit die im allgemeinen höhere Radioaktivität des Abgassystems nicht in die Behälterkette hineingeschleppt werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren ein Ausfühn-ngsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die

F i g. 1 in schematischer Darstellung ein fur einen Siedewasserleistungsreaktor von zum Beispiel 1000 MWe geeignetes Gassystem mit den zu einer Kette verbundener. Behältern. In

F i g. 2 ist in einem Schaubild die Bewegung der Gasmengen in der in F i g. 1 sichtbaren Behälterkette über der Zeit aufgezeichnet.

Mit 1 ist als Ganzes eine Kette von zwölf Behältern 2 bezeichnet, die für radioaktive Flüssigkeiten eines Kernkraftwerkes vorgesehen sind. Die Behälter enthalten zum Beispiel als Metalltanks 3a und 3b je 40 m³ Primärwasser, das aus dem Reaktordruckbehälter stammt Diese Flüssigkeit hat die größte Radioaktivität. Sie beträgt je. 5 Ci. Anschließend sind drei gleiche Metallbehälter 4a, 4b und 4c vorhanden, die als Kühlmittelbehälter dienen. Die Radioaktivität ist hier etwas schwächer, sie beträgt je 1 Ci. Zwei weitere parailel.geschaltete Behälter 5a und 5b mit einem größeren Volumen von je 200 m³ sind zur Aufnahme von 15C m³ Flüssigkeit vorgesehen. Diese Flüssigkeit ist insbesondere Dampfkondensat, d. h. hinter der Turbine des Siedewasserreaktors kondensiertes Reaktorkühlmittel, das eine um den Faktor 10 oder mehr kleinere Radioaktivität als das Primärwasser im Reaktordruckbehälter hat.

Zwischen dem Behälter 5a und den Behältern 3a und 3b ist eine Verbindungsleitung 6 vorgesehen, die für das Umfüllen von Flüssigkeit dient und am Boden der Behälter angeschlossen ist. Eine ähnliche Verbindungsleitung 7 ermöglicht das Umfüllen des Kühlmittels aus den Behältern 4 in den Behälter 5a. Ferner sind die Behälter 5 über eine Leitung 8 mit einer Pumpe 9 ausgerüstet, mit der Flüssigkeit in ein Abwasseraufbereitungssystem gepumpt werden kann.

Zur Aufbewahrung von Abwasser, zurr Beispiel Leckwasser aus dem Sumpf des Reaktorgebäudes, sind drei weitere parallelliegende Behälter 10a, 10b und 10c vorgesehen. Sie stehen über eine Leitung 11 mit einer Pumpe 12 darin ebei..'alls mit einem Abwasseraufbereitungssystem in Verbindung. Die Radioaktivität beträgt hier durchschnittlich 0,2 Ci. Ein weiterer Behälter 14 von 200 m³ enthält 150 m³ Flüssigkeit. Die Radioaktivität ist hier mit je 0,1 Ci sehr niedrig. Dies gilt auch für den letzten Behälter 15 im Verlauf der Kette 1, der mit Abwasser gefüllt ist.

Die Behälter 2 bis Ϊ5 können über Zuluftleitungen 17, die gastechnisch parallel zueinander liegen, bei Bedarf

mit Stickstoff beaufschlagt werden. Dabei ist durch Ventile dafür gesorgt, daß über die Leitungen 17 nur eine Stickstoffzufuhr erfolgen kann. Mithin bleiben die Leitungen 17 und der nicht dargestellte Stickstoffspeicher praktisch radioaktivitätsfrei.

Die Behälter 2 bis 15 sind im Verlauf der Kette 1 durch Verbindungsleitungen 20 lüftungstechnisch in Reihe geschaltet. Das gering radioaktive Ende 21 der Kette 1 führt über einen Kühler 22 zu einem Edelgasspeicher 23. der aus einem Behälter 24 mit einem Aktivkohleabsorber 25 besteht. Das der Kette 1 abgekehrte Ende des Speichers 23 ist über eine Leitung 26 mit einem als Ganzes mit 28 bezeichneten Spülgassystem verbunden. Zu diesem gehört eine Spülgasleitung 30, die über ein Filter 32 zu einem Kompressor 33 führt. Der Kompressor versorgt über eine Druckleitung 34 die zu belüftenden Bereiche des nicht weiter dargestellten Kernkraftwerkes mit Frischluft, wobei ein Unterdruck von zum Beispiel 1 mbar aufrechterhalten bleibt.

An die Druckleitung 34 des Kompressors 33 isi uic λ; Leitung 26 über eine Rückschlagklappe 36 angeschlossen. Eine weitere Rückschlagklappe^ stellt die Verbindung mit einem Abluftkamin 38 her. Dieser nimmt eine Abluftleitung 39 auf, die Gebäudeabluft führt und über ein Filter 40 geführt wird, wobei mit einem Gebläse 41 ein Unterdruck von 1 mbar in der Leitung 39 aufrechterhalten wird.

In den Kamin 38 mündet ferner eine Auslaßleitung 45, die zu einem als Ganzes mit 46 bezeichneten Abgassysterp gehört. Das Abgassystem umfaßt in dem in der Fig. 1 dargestellter Teil eine Leitung 47, die von dem nicht weiter dargestellten Turbinenkondensator des Siedewasserreaktors kommt. Dieser ist über die Leitung 47 an eine Rekombinationsanlage 48 angeschlossen, in der evtl. im Dampf enthaltenes Radiolysegas verbrannt wird, wobei die Verbrennung ein katalytischer Vorgang ohne Flammbildung sein kann. Das so beeinflußte Abcrac vLfjrrj über einen Kondensator 49 bsi sineni Unterdruck von 50 mbar zu zwei weiteren parallelliegenden Kühlern 50 und 51 geführt. In diesen Kühlern wird das Abgas getrocknet.

Hinter den Kühlern 50 und 51 des Abgassystems 46 schließt sich eine Verzögerungsstrecke 52 mit drei gegebenenfalls gleich ausgebildeten, in Reihe geschalteten Behältern 53,54 und 55 an, die zum Zurückhalten insbesondere von Edelgasen dienen. Aus der Verzögerungsstrecke 52 werden die Gase dann von einem Gebläse 56 in die Leitung 45 gefördert, die in den Kamin 38 führt

Die Kette 1 der Behälter 2 steht mit ihrem hochradioaktiven Ende 60 mit dem Abgassystem 46 in Verbindung. Dabei ist in der Verbindungsleitung eine Druckminderungseinrichiung 61 vorgesehen. Sie besteht aus einer Meßblende 62 und einem von dieser gesteuerten Ventil 63, mit dem der Spülgasstrom über das Behältersystem,-zum Beispiel auf 10 mVh, gesteuert wird. Es besteht ein Unterdruck von 1 mbar im Bereich der Kühlmittelbehälter und von 50 mbar im Abgassystem 46. Ein weiteres Ventil 64 ist im Normalfall offen. Es dient lediglich dazu, das Abgassystem für die Belüftung der Behälter 2 abtrennen zu können.

!n F i g. 2 ist in einem Diagramm die Bilanz der Gasmengen dargestellt, die sich aus den Strömungsrichtungen und den Gasströmen im Bereich der Leitung 26 ergibt Die Meßstelle 66 liegt, wie F i g. 1 zeigt, zwischen dem Kühler 22 und dem Edelgasspeicher 23. Die Gasströme Af sind auf der Ordinate in niVh angegeben. Auf der Abszisse als Zeitachse ist die Zeit T einer Woche aufgetragen.

Die für die Gasbewegung kennzeichnende Kurve 67 schneidet vielfach die Nullinie. Man erkennt jedoch, daß die oberhalb der Abszisse liegenden Flächenteile 68, die für die in die Anlage angesaugten Gasmengen charakteristisch sind, integral gesehen um ein Mehrfaches größer sind als die unter der Abszisse liegenden Flächenteile 69. die die in den Kamin geführten Luftmengen bezeichnen. Für das angesaugte Gas ist zunächst einmal ein Spülgasstrom von etwa 5 bis I OmVh kennzeichnend. Diesem praktisch ständig angesaugten Gasstrom überlagert sich im Diagramm bei 70 ein Gasstrom, der durch schnelles Füllen eines Behälters 2 der Kette 1 in den Kamin 38 geschoben wird. Die dabei ausgedrückte Gasmenge ist jedoch wesentlich kleiner als die bei 71 angesaugte Gasmenge, die durch Entleeren eines der Behälter 2 zustande kommt. Ein ähnliches Verhältnis ergibt sich auch bei den nachfolgenden Füllvorgängen, die in der Kurvendarstellung durch die Kurventeile 72, 73, 74 angedeutet sind. Die dabei ausgeschobenen Gasmengen sind wesentücu kleiner a!s die Gasmcngcn, die entsprechend den Kurventeilen 76, 77, 78 und 79 angesaugt werden.

Zu bemerken ist noch, daß die mengenmäßig großen Ansaugvorgänge und die beim Füllen der Behälter auftretenden nennenswerten Abgaben von Gas im Bereich des Kurventeiles 80 entfallen, weil in diesem für die Zeit eines Wochenendes kennzeichnenden Kurventeil die überwiegend von Hand gesteuerten Füllvorgänge unterbleiben

Die Kurve der F i g. 2 zeigt klar, daß keine radioaktiven Gase in die Umwelt abgegeben werden, weil die bei den kurzzeitigen Ausschiebevorgängen im Edelgasspeicher 23 aufgehaltenen Radioaktivilätsträger bei den anschließenden Spülvorgängen in umgekehrter Richtung befördert werden. Die Radioaktivität kann deshalb im Behältersystem selbst abklingen oder aber die Radioaktivitätsträger können in das Abgassystem gelangen, das für die Behandlung radioaktiver Gase ohnehin ausgelegt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandein von radioaktiven Gasen aus Behältern mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand, die zu einer Kette verbunden sind, die mit einem Abgassystem verbunden ist und von einem Spülgas durchströmt wird, wobei über ein Verzögerungssystem ein Anschluß an einen Kamin gegeben ist, d a durch gekennzeichnet, daß bei einem Siedewasserreaktor die Behälter (2) in der Kette (1) nach dem Maß der Radioaktivität des von der Flüssigkeit in dem jeweiligen Behälter (2) abgegebenen Gases geordnet werden, daß das Spülgas mit einem auf etwa 5 bis 10 m³/h begrenzten Strom am gering radioaktiven Ende (21) der Kette (1) eingesaugt und durch die Kette (1) in das am hochradioaktiven Ende (60) der Kette (1) engeordnete Abgassystem (46) gezogen wird und daß beim Auffüllen der Behälter (2) mit Flüssigkeit kurzzeitig auftretende Oberschußluftmengen entgegen derSpülgasströmungdurch die Kette(l)inden Kamin (38)geführtwerden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (25) in einem reversibel arbeitenden Speicher (23) zum Entfernen von den mit den Oberschußluftmengen aus den Behältern (2) in Richtung Kamin (38) ausgetragenen radioaktiven Gasen verwendet wird, wobei die radioaktiven Gase aus den die Behälterkette (1) verlassenden Überschußluftmengen in dem Speicher (23) zurückgehalten und später aus dem Speicher (23) in das in die Kette (1) eingesaugte Spülgas entlassen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Behälterkette (1) eingesaugte Spülgasmenge f-ber dir Zeit integral größer gehalten wird als die in Richtung Kamin (38) abgegebenen Überschußluftmengen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas Frischluft verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung Kamin (38) geführten Überschußluftmengen vor Eintritt in den Filter (25) getrocknet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behälterkette (1) ein Unterdruck aufrecht gehalten wird.

7. Gassystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufträume der Behälter (2) mit der Leitung (20) zu einer nach dem Maß der Radioaktivität des jeweiligen Gases geordneten Kette (1) aneinandergereiht sind, deren hochradioaktives Ende (60) an das Abgassystem (46) angeschlossen ist und deren gering radioaktives Ende (21) über ein Filter (25) in den Kamin (38) führt, und daß eine Spülgasleitung (30) zwischen dem Filter (25) und dem Kamin (38) an die Kette (1) angeschlossen ist.

8. Gassystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülgasleitung (30) eine Kühlfalle als Trocknungseinrichtung für das Spülgas umfaßt, di2 mit einer Kühleinrichtung für das Filter (25) baulich zusammengefaßt ist.

9. Gassystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch geke. !zeichnet, daß an der Anschlußstelle der Kette (1) an das Abgassystem (46) eine Druckminderungseinrichtung (61) vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von radioaktiven Gasen aus Behältern mit unterschiedlichem Flüssigkeitsstand, die zu einer Kette verbunden sind, die mit einem Abgassystem verbunden ist und von einem Spülgas durchströmt wird, wobei über ein Verzögerungssystem ein Anschluß an einen Kamin gegeben ist Sie umfaßt ferner ein Gassystem zur Durchführung des Verfahrens.

Das oben genannte Verfahren ist aus dem Buch

to »VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970« zu entnehmen, in dem auf den Seiten 43 und 44 die Kühlmittelaufbereitung und das Abgassystem eines Druckwasserreaktors schematisch dargestellt ist In Übereinstimmung mit dem 1974 erschienenen Band 51 der Reihe Thiemig-Taschenbücher »Druckwasserreaktoren für Kernkraftwerke«, Seiten 180 bis 183 sind die in einer Kette angeordneten Behälter Teile eines geschlossenen Gaskreises, die mit einem inerten Schutzgas, z. B. Stickstoff als Spülgas im Kreislauf durchströmt werden. Mit diesem Spülgas wird anfallender Wasserstoff in einem Rekombinator geführt, wo er mit Sauerstoff umgesetzt wird. Außerdem können damit auch Edelgase abgeführt werden.

Der geschlossene Gaskreis ist im Nebenschluß mit einer Verzögerungsstrecke verbunden, die über Ventile mit einem Kamin zu verbinden ist. Die Verzögerungsstrecke, die noch mit Vortrocknern, Geltrocknern und Regenerieranlagen versehen ist, soll Gas aufnehmen, das bei Volumenschwankungen in den Kühlmittelbehältern verdrängt wird. Dieses Gas soli dann nach Reinigung von Aktivitätsträgern an den Kamin abgegeben werden, sofern es nicht wegen einer Druckverringerung in dem geschlossenen Gaskreis wieder in diesen zurückgeführt werden kann.

Zur Verringerung der in einen Kamin abzugebenden Gasmengen aus dem geschlossenen Gaskreis von Flüssigkeitsbehältern kann man nach der DE-OS 23 38 044 einen Speicherbehälter verwenden, der im Betrieb kurzzeitig auftretende Volumenschwankungen der Gasmengen ausgleichen soll. Insgesamt soll aus dem Gaskreis, der wiederum mit einem Schutzgas beirieben wird, nur die eindringende Leckgasmenge abgegeben werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, den Aufwand für solche Gassysteme an Flüssigkeitsbehältern zu verringern, weil diese Systeme nicht nur wegen ihrer baulichen Gestaltung Kosten verursachen, sondern im Hinblick auf die Aktivitätsinhalte gasdicht sein müssen und eine besondere Überwachung erfordern. Dies spielt eine besondere Rolle bei der Belüftung von Kühlmittelbehältern von Siedewasserreaktoren, weil hier die zu speichernden radioaktiven Flüssigkeitsmengen wegen des direkten Dampf-Kondensat-Kreises des Kernkraftwerkes wesentlich größer als bei Druckwasserreaktoren sind.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Siedewasserreaktor die Behälter in der Kette nach dem Maß der Radioaktivität des von der Flüssigkeit in dem jeweiligen Behälter abgegebenen Gases geordnet werden, daß das Spülgas mit einem auf etwa 5 bis 10 mVh begrenzten Strom am gering radioaktiven Ende der Kette eingesaugt und durch die Kette in das am hochradioaktiven Ende der Kette angeordnete Abgassystem gezogen wird und daß beim Auffüllen der Behälter mit Flüssigkeit kurzzeitig auftretende Überschußluftmengen entgegen der Spülgasströmung durch die Kette in den Kamin geführt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, daß ein Filter in einem reversibel arbeitenden Speicher zum Entfernen von den mit den